天然氣熱輻射供暖在飼養雞舍中的應用

曹益豪

(聊城大學東昌學院 機電工程系，山東 聊城 252300)

在種雞的養殖過程中，保持雞舍溫度與種雞生長周期的對應性至關重要。由于我國北方四季差異明顯，保證雞舍采暖控制系統在冬季時的運行質量顯得尤為關鍵。張留雞場位于山東省陽谷縣東北部的郭店屯鎮，冬季的最低溫度在零下15℃左右，以往的雞舍供暖都是采用燃燒天然氣的方式加熱空氣，之后將熱空氣與室內的冷空氣進行對流以達到提高室溫的目的。這種加熱方式可以提高雞舍的整體溫度，但由于種雞的生活空間一般不會超過地面30 cm，這使得提升雞舍高空溫度的能量被浪費掉，降低了天然氣的利用效率，增加了能源使用成本，因此對張留雞場的采暖系統進行優化升級勢在必行。

1 采暖系統優化設計方案選擇

1.1 熱對流與熱輻射的對比

傳導、對流和輻射是熱量傳遞的三種方式，其中后兩種方式在實際生活中應用最廣[1]。張留雞場的原采暖系統就屬于利用對流的方式提高室溫，相比較而言，熱輻射的方式是利用天然氣燃燒產生紅外線，紅外線相對于其他顏色的光波熱效應更為明顯，且由于紅外線可以在空氣中傳播，其中蘊含的能量絕大部分不會用來加熱空氣而是被雞舍中的種雞或其他設備吸收，熱量損失較少，加熱效率較高，尤其適宜于高大廠房的供暖控制[2]。

1.2 熱輻射供暖的可行性分析

天然氣熱輻射采暖設備散熱公式為[3]：

其中：

Qf—熱輻射采暖設備需要提供的功率，W；

α—修正系數，取1；

F—圍護機構散熱面積，取2500 m2；

K—圍護結構的傳熱系數，取2.6 W/(m2·℃)；

C—雞舍的傳熱系數，取11 W/(m2·℃)；

A—雞舍的采暖面積，取1620 m2；

tsh—雞舍設計溫度，取21℃；

tw—室外溫度，取-14℃；

ε—輻射系數，取0.3；

η1—輻射供暖系統的效率，取0.9；

η2—空氣效率，取0.87。

經代入計算可得Qf=209.54 kW，若選擇發熱功率為30 kW的加熱設備，則對于長度120 m，寬度13.5 m的雞舍而言，至少配備7臺采暖設備即可滿足要求。

2 熱輻射供暖設備設計

天然氣熱輻射供暖設備主要由燃氣設備和輻射鋼管兩部分構成。

2.1 燃氣設備設計

圖1 燃氣設備的結構簡圖

燃氣設備結構如圖1所示。當電源接通后，負壓真空泵首先啟動，對輻射管進行30 s的抽吸清掃，使輻射管內產生一定的負壓(此時燃燒器控制箱上的電源燈紅燈會亮起)。燃燒器空氣入口處設定負壓值為30～40 Pa，燃燒所需的空氣從燃燒器的空氣入口進入系統。發生器內設有負壓檢測和變送系統，一旦檢測出負壓達到設定值后，即通過負壓變送系統將負壓信號轉換為電信號傳送到中央控制器中，中央控制器再將信號傳給點火裝置點火，同時將信號傳給雙控電磁閥，雙控電磁閥開啟，燃氣進入燃燒器開始小火燃燒，離子檢測針開始檢測火焰溫度，同時將信號回傳給中央控制器，雙控電磁閥全面開啟，燃氣進入大火燃燒狀態。

2.2 輻射鋼管設計

天然氣與空氣混合燃燒形成的混合氣體由燃氣設備進入輻射管中，如圖2所示。輻射管外部設計有方向朝下的反射罩，保證燃燒產生的紅外線絕大部分都向下傳播。由于輻射管工作時的表面溫度在180～500℃之間，為避免燒傷種雞，輻射管安裝在距離地面80 cm處。輻射鋼管的材料為304鋼，這種材料的光譜發射率在10 μm處達到極大值，因此燃燒產生的紅外線波長控制在4～25 μm之間時，可以達到較高的供熱效率[4]。

圖2 輻射供暖管的結構簡圖

3 采暖系統升級前后對比

張留雞場的雞舍共有39棟，該廠供熱系統的優化改造從2017年六月份開始，至同年八月份完成。由表1中數據可以看出，2017年10月至2018年3月的用氣量同比都有所下降，改造之前用氣量最多的三個月平均每棟每月消耗天然氣2400 m3，改造之后用氣量降至1461 m3。

表1 2016年～2018年秋冬季節張留雞場天然氣使用量

4 結語

郭店屯張留雞場的供熱系統改進后單棟雞舍的用氣量有明顯減少，由于雞場數量以及種雞數量巨大，若在其他鄉鎮的雞場也進行類似的供熱系統的改進，則可以大幅減少天然氣的使用量，既減少了企業的成本，又同時節省了資源。